我國學者在有機半導體局域精準摻雜技術方面取得進展

圖 有機高分子半導體的高精度區域摻雜示意圖

　　在國家自然科學基金項目（批準號：22020102001、22335002、22071007）等資助下，北京大學化學與分子工程學院裴堅教授團隊在有機半導體精準摻雜技術方面取得進展，相關研究成果以“有機半導體的光控區域n型摻雜（Light-triggered regionally controlled n-doping of organic semiconductors）”為題，于2025年5月28日在線發表于《自然》（Nature）期刊上，論文鏈接：https://www.nature.com/articles/10.1038/s41586-025-09075-y。

　　在半導體集成電路制造過程中，區域摻雜的空間精度直接決定晶體管性能、電路集成度及器件可靠性等關鍵指標。隨著器件尺寸不斷縮小，對區域摻雜精度的要求持續提升。然而，有機高分子半導體的傳統摻雜面臨精確控制難、無法滿足高密度集成等問題。因此，實現高精度區域摻雜技術，已成為有機集成電路產業化的“卡脖子”難題。

　　面對這一挑戰，北京大學裴堅教授領銜的研究團隊從新材料的分子創制出發來解決有機集成電路中的重要難題，開發出光控有機高分子半導體摻雜技術，構建了具備“熱惰性/光激活”特性的摻雜劑前體分子（iPADs）。該類分子在光照條件下可原位轉化為高活性摻雜劑（PAD），實現對有機高分子半導體的高效、精準、原位摻雜。該類摻雜劑被成功應用于10余種典型有機高分子半導體的摻雜，普遍實現電導率提升6個數量級，獲得了超過30 S/cm的優異電導率，極大拓展了有機高分子半導體材料的應用場景。研究團隊開發的光控區域摻雜技術與現有半導體工業的光刻流程高度兼容，突破了傳統方法在區域精度與摻雜可控性方面的限制，首次在有機高分子半導體材料中實現亞微米尺度的區域摻雜精度。此工作為高性能有機集成電路的構建提供了關鍵支撐，具備重要的工藝可行性與產業轉化潛力，有望加速有機集成電路的產業化進程。